(57)【要約】【課題】反射光の散乱を防ぎ、多方向からの可視化による速度計測・評価を行うことを目的とする。また、衝撃力の解析に関しては、被測定物の実態を反映した精度の高い計測を行うことを目的とする。【解決手段】凸状のマーカー面３０１が多面に設けられたマーカー付き担体３０４を移動物３０５に被着することにより、反射光の散乱を防ぐことができる。また、マーカー付き担体の多面にマーカーを設けることにより、多方向からの可視化による速度計測・評価が可能になる。また、衝撃力の解析に関しては、マーカー付き担体を被着し落下衝撃試験機で落下実験を行い、ＰＩＶの原理を応用した計測システムで計測することにより、非接触で実態を反映した、しかも多方向からの３次元計測が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物にマーカーを付与し、光源により前記マーカーを照明することにより得られる前記マーカーからの反射光を用いて、前記マーカーの移動量を計測する、可視化による速度計測評価システムに用いられるマーカ付き担体であって、
前記マーカー付き担体は、第１の立体形状担体の少なくとも一面上に、マーカー面を有する第２の立体形状担体を設けたことを特徴とするマーカー付き担体。
【請求項２】
第１の立体形状担体の形状が立方体または直方体であることを特徴とする請求項1記載のマーカー付き担体。
【請求項３】
前記第１の立体形状担体は立方体形状であり、かつ第２の立体形状担体は、当該第２の立体形状担体を構成する第１と第２の面から成る一対の面のみが平行であり、前記一対の面のうち第１の面の面積が第２の面の面積より大きく、かつ前記第１の面が前記第１の立体形状担体に被着され、前記第２の面を前記第１の面に対して垂直方向に投影した投影面が前記第１の面内に入り、かつ前記第２の面にマーカーを設けたことを特徴とする請求項1または２に記載のマーカー付き担体。
【請求項４】
第１の立体形状担体はゴム等の化成品を材質としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマーカ付き担体。
【請求項５】
立方体または直方体の複数面にマーカーを設けたことを特徴とする請求項２記載のマーカー付き担体。
【請求項６】
被測定物にマーカーを付与し、光源により前記マーカーを照明することにより前記マーカーからの反射光を所定の時間間隔で撮影し、当該撮影された画像からの前記マーカーの移動量を計測する、可視化による速度計測評価システムにおいて、
請求項１から５のいずれかに記載のマーカー付き担体を被測定物に被着することにより当該被測定物の移動速度を計測評価することを特徴とする速度計測評価システム。
【請求項７】
第２の立体形状担体上に設けられたマーカー面と、第１の立体形状担体が設置された被測定物設置面とが平行であり、第２の立体形状担体上に設けられた前記マーカー面以外の面が前記被測定物設置面と平行でないことにより、光源からの照射による反射光の散乱を防ぐことを特徴とする請求項６記載の速度計測評価システム。
【請求項８】
被測定物の移動量から変位、歪みを計測することを特徴とする請求項６または７に記載の速度計測評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動物の可視化が可能なマーカー付き担体、およびそれを用いた速度計測評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の移動物の可視化による速度計測及び評価は、平面的な紙もしくはシールをマーカーとして測定対象物に貼り付け、これにて可視化を行い、高速動的計測によってマーカーの移動量を算出することによって、速度計測・評価を行っていた。
【０００３】
また、特別な標識やマークを必要としない従来の計測システムとしては、レーザ反射光による粒状斑点模様を利用した移動量測定方式とその装置があった（例えば、特許文献１参照）。図４は特許文献１に記載された従来の移動物の可視化による速度計測評価システムを示した図である。
【０００４】
図４において、このシステムは、被測定物１０１の表面のレーザ照射面１０２に単色光で干渉性の高いレーザ光１０６をレーザ投光機１０７から照射する。そして、レーザ照射面１０２の租面状態に対応して、レーザ光１０６が干渉し合うために、スクリーンとして用いられる磨りガラス１０３に粒状斑点１０４が映し出される。そして、磨りガラス１０３の各所に発生した粒状斑点１０４が粒状斑点模様１０５を形成し、この粒状斑点模様１０５を被測定物１０１の移動方向に平行して画素が並ぶように設置されたライセンサー１０９で直接撮影する。この際、ライセンサー１０９には粒状斑点模様１０５からのレーザ反射光以外の外来光を遮断するように暗視筒１０８が取り付けられている。そして、ライセンサー１０９で撮影された映像は映像信号分岐装置１１０を介して一方がモニタ装置１１１に入力され、他方がA/D変換機１１２に入力される。そして、演算処理装置１１３によって、順次送られてくる粒状斑点模様１０５のリアルタイムでの歪量や移動量を求め、表示出力装置１１４で出力を行うシステムである。この計測システムにより、一般事務所程度の環境下で、非接触、かつ特別なマークを必要とせずに被測定物１０１の移動量を高速度計測していた。
【０００５】
速度計測評価システムの応用例として被測定物の衝撃力が挙げられるが、これの関する従来の方法としては、電子チップ部品処理時の機械的衝撃力の計測をセンサを用いて行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図５はこの例を示した図である。図５において、機械的衝撃力センサ２０１は、チタン酸、ジルコン酸および鉛を主体とする材料（PZT系材料）を焼結して形成されたセンサ本体２０２と、センサ本体２０２の互いに対向する端面に形成された１対の外部電極２０３を有している。このセンサ本体２０２は電子チップ部品処理時の機械的衝撃力計測に用いられるために作られた、電子チップ部品と同形で圧電性を有した機械的衝撃力センサである。これを用いた機械的衝撃力計測システムが特性選別機２０５である。これは、電子チップ部品を多数保持する保持台２０６と、電子チップ部品の電極に接触し得る１対の測定端子２０７、２０８と、測定端子２０７、２０８に接続されたオシロスコープを有する特性測定装置２０９を有している。保持台２０６は、上方に向かい開いた多数の凹部２１０を有しており、凹部２１０内に電子チップ部品が挿入されて保持されるようになっている。この機械的衝撃力計測システムは、機械的衝撃力センサ２０１を保持台２０６の凹部２１０に挿入し、電子チップ部品を処理する際に受ける衝撃力を、測定端子２０７、２０８からの電圧の出力値で計測することにより、電子チップ部品が受ける正確な衝撃力を計測していた。
【特許文献１】特開２００１−３０４８１６号公報
【特許文献２】特開平１−１５０８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献1などによる従来の移動物の可視化による速度計測評価システムでは、被測定物に照射されたレーザ光の散乱が大きく、正確な速度計測・評価を行うことができない。また、多方向からの計測を行うことができず、３次元的な計測が出来ないという問題がある。
【０００８】
また、上述した特許文献２などによる従来の電子チップ部品処理時の機械的衝撃力の計測方法においては、電子チップ部品処理時のものに限定された衝撃力しか検出することができない。つまり、電子チップ部品等の被測定物の衝撃力による課題となる落下等の状況に対応した衝撃力の計測を行うことができない。また、わざわざ、電子チップ部品と同形でしかも圧電性を有した機械的衝撃力センサを作らなければならないという課題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、レーザ光の散乱を抑え、また多方向からの計測による３次元の計測を可能とするマーカー付き担体、およびそれを用いた速度計測評価システムを提供することを目的とするものである。
【００１０】
また、本発明は電子チップ部品に限らず衝撃力解析を行うことができるマーカー付き担体、およびそれを用いた速度計測評価システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のマーカー付き担体は、被測定物にマーカーを付与し、光源により前記マーカーを照明することにより得られる前記マーカーからの反射光を用いて、前記マーカーの移動量を計測する、可視化による速度計測評価システムに用いられるマーカ付き担体であって、前記マーカー付き担体は、第１の立体形状担体の少なくとも一面上に、マーカー面を有する第２の立体形状担体を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
第１の立体形状担体の形状が立方体または直方体であることを特徴とする。
【００１３】
また、第１の立体形状担体は立方体形状であり、かつ第２の立体形状担体は、当該第２の立体形状担体を構成する第１と第２の面から成る一対の面のみが平行であり、前記一対の面のうち第１の面の面積が第２の面の面積より大きく、かつ前記第１の面が前記第１の立体形状担体に被着され、前記第２の面を前記第１の面に対して垂直方向に投影した投影面が前記第１の面内に入り、かつ前記第２の面にマーカーを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、第１の立体形状担体はゴム等の化成品を材質とすることができる。
【００１５】
さらに、立方体または直方体の複数面にマーカーを設けることもできる。
【００１６】
本発明の速度計測評価システムは、被測定物にマーカーを付与し、光源により前記マーカーを照明することにより前記マーカーからの反射光を所定の時間間隔で撮影し、当該撮影された画像からの前記マーカーの移動量を計測する、可視化による速度計測評価システムにおいて、上述した本発明のマーカー付き担体を被測定物に被着することにより当該被測定物の移動速度を計測評価することを特徴とするものである。
【００１７】
また、第２の立体形状担体上に設けられたマーカー面と、第１の立体形状担体が設置された被測定物設置面とが平行であり、第２の立体形状担体上に設けられた前記マーカー面以外の面が前記被測定物設置面と平行でないことにより、光源からの照射による反射光の散乱を防ぐことを特徴とする。
【００１８】
さらに、被測定物の移動量から変位、歪みを計測することを特徴とする。
【００１９】
本構成によって、凸状のマーカー形状により反射光の散乱を抑えることができ、また担体の複数面にマーカーが形成されていることから、多方向からの３次元的な速度計測・評価を行うことができる。
【００２０】
また本発明の速度計測評価システムは、落下衝撃試験機により被測定物を所定の高さより落下させ、高速度カメラで落下時の様子を所定の時間間隔で撮影する。その際に凸状のマーカーが被測定物からの反射光の散乱を防ぎ、被測定物に被着する担体の複数面にマーカーを形成することにより多方向からの解析が可能となるようにする。
【００２１】
本発明によって、落下衝撃時の被測定物の落下衝撃を反映した計測を行うことができ、しかも多方向からの３次元的な解析が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の速度計測システムによれば、反射光の散乱を抑え、しかも多方向からの速度計測・評価を行うことができる。したがって、３次元的な解析が可能となるため、精度の高い計測を行うことができる。また、この評価システムを用いれば、電子チップ部品に限らず、被測定物の状況に応じた衝撃力、破壊による変位を多方向から３次元的に評価することができる。これにより、製品の設計精度、生産プロセスの飛躍的な向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る、被測定物に被着するマーカー付き担体の説明図である。図１（ａ）において、３０１は光源からのレーザー光を反射する、立体形状物（担体）であり、その表面に設けられたマーカー面、３０２は反射光の散乱を防ぐ形状に形成された立体形状物（担体）のマーカー側面、３０３は担体への被着面であり、衝撃、振動に強い材質である担体３０4に同図のように凸状にマーカーを設ける。担体３０4は、衝撃や振動に強い、例えばゴム等の化成品から構成される。このような凸状のマーカーが、図１（ｂ）のように被測定物との被着面以外の複数面に設置された担体３０４をマーカー付き担体３０５とする。なお、本実施形態では、担体３０４は立方体にて説明するが、直方体などであっても構わない。また、図1に示すように、立体形状担体３０１は、マーカー面３０１と担体３０４への被設置面とが平行であり、マーカー面は前記設置面よりも面積は小さく、マーカー面を前記設置面に対して垂直方向に投影した投影面は前記設置面内に入るように設定されている。担体３０１上に設けられたマーカー面と、被測定物３０６の設置面とが平行であり、かつ担体３０１における被測定物設置面以外の面を図１の如く傾斜をつけることで、光源からの照射による反射光の散乱を防いでいる。
【００２５】
このようなマーカー付き担体３０５を、移動物である被測定物３０６に図１（ｃ）のように被着し、この被測定物３０６のマーカーに光源から光を照射する。そして、マーカーからの反射光を所定の時間間隔で撮影し、撮影された画像からマーカーの移動量を測定することにより、非接触で被測定物の速度計測評価を精密に、かつ多方向から３次元的に評価することができる。
【００２６】
次に、このマーカー付き担体を被測定物に被着して行う落下衝撃の計測システムについて説明する。基本的なシステムは図２に示す、流れの可視化計測技術として知られるＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｖｌｏｃｉｍｅｔｒｙ：粒子画像流動測定法）の原理を用いる。ＰＩＶは図２のように、レーザー照射領域４０２に微細なトレーサを混入し、レーザー光源４０１を用いたシート状の照明によって、測定領域４０３を２次元的に光切断して可視化する。照明は流れの面内で少なくとも時系列で２つの時刻ｔ１，ｔ２で可視化し（４０９、４１０）、トレーサ粒子４０４からの散乱光をＣＣＤ素子などの撮影装置を介して記録媒体に上記少なくとも２つの時刻の瞬間的な画像として記録する。このシステムでは固定台４０５に設置された高速度カメラ４０６を用いて、同期装置４０７を介してパソコン４０８へ、同期した画像を取り込み、解析できるようにする。連続する２時刻の画像上のトレーサ粒子像から、その画像上の時間Δｔ（＝ｔ１−ｔ２）間のトレーサ粒子の移動量４１１を求め、これによって、測定領域の速度分布を求める。
【００２７】
この原理を用いて、被測定物の所望の箇所にマーカー付き担体３０５を貼り付け、一定の時間間隔で連続的に画像を取り込み、マーカー付き担体３０５の反射光の明るさあるいは色を自動追跡可能なプログラムで計算することにより、移動量を算出する。これにより、被測定物の所望位置での速度計測を行うことでき、変位と歪みから衝撃による影響を解析することができる。
【００２８】
図３に、上述した落下衝撃の計測のためのシステムを示す。まず、図３（ａ）に示すように、まず、マーカー付き担体５０１を作製する。そして、被測定物５０２の所望の位置に当該マーカー付担体５０１を被着し、マーカー付き担体装着後被測定物５０３とする。この際、図３（ｂ）のように複数箇所に被着すれば、被測定物の位置ごとの落下衝撃の影響比較を行える。次に、落下衝撃試験機について説明する。図３（ｃ）に示す落下衝撃試験機はアクリル等の透明な板５０４で囲まれ、高速度カメラの視野に入る領域は、マーカーからの反射光をＣＣＤ素子が捉えるときの障害になるので板で囲まないようにする。落下衝撃試験機の落下速度は、加速度調節機５０５で制御できるようにする。また、被測定物の測定対象となる状況は、自由落下による衝撃力を解析することが多いため、その場合の計測は自由落下で行う。被測定物固定部５０６に前記マーカー付き担体装着後被測定物５０３を水平に、所望の場合は角度を付けて固定する。この際、被測定物落下位置５０７の材質は、例えば、コンクリートへの落下を仮定する場合にはコンクリートにすることができるといった具合に変更可能なようにしておく。
【００２９】
次に、可視化のためのシステムについて説明する。高速度カメラを用いた撮影の場合には、上述したＰＩＶと同様の構成とする。照明はレーザーではなくハロゲンランプ５０９を用いる。ＰＩＶの多くは２次元計測を行うため、単色光で直進性のよいレーザーを光シートにして計測を行う。しかし、落下衝撃の解析の場合には３次元的な計測が望まれる。したがって、空間照明が必要であり、数台のカメラと同期させたパルス発光を繰り返し行う必要があることから、図３（ｃ）のようなハロゲンランプ５０９やキセノン、水銀ランプなどを用いる。高速度カメラで撮影を行うために十分な光量を常時測定箇所に供給しておく。そして、多方向からの計測を行う場合には高速度カメラ５１１を複数台（図３では簡略化して1台のみ記載）用意し、多方向からの撮影を行う。落下衝撃試験機で所望の高さより、マーカー付き担体装着後被測定物５０３を落下させ、マーカー付き担体５０１に形成されているマーカー箇所に焦点を合わせ、その反射光をＣＣＤ素子を介して記録媒体に瞬間的な画像を取り込んでいく。この際には、マーカーが凸状に形成されているため、散乱光を抑えられるので反射光を多く捉えることができる。マーカー付き担体装着後被測定物５０３が落下位置５０７に落下する直前と直後を時系列的な連続画像で捉えれば、マーカー付き担体５０１が被測定物の変位と同期して動くので落下衝撃による変位を評価することができる。焦点を合わしたマーカー付き担体のマーカー部の明るさ（輝度）あるいは色を自動認識するプログラムを用いて、マーカー部を追跡し、時系列的な座標を解析する。これによって、落下前と落下後の変位、歪みを評価すれば、落下衝撃による影響を評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、被測定物の様態、即ち、温度、色彩、材質などによる影響を受けず、非接触で３次元的及び前後移動量の高速動的計測を可能とするシステムであり、移動物の可視化による速度計測評価システム等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るマーカー付き担体の説明図
【図２】ＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）システムの概要図
【図３】本発明の実施の形態に係る落下衝撃の計測システムの説明図
【図４】従来の被測定物の可視化速度及び計測手法の説明図
【図５】従来の電子チップ部品処理時の機械的衝撃力調整方法及び機械的衝撃力の計測手法の説明図
【符号の説明】
【００３２】
３０１    マーカー担体（マーカー面）
３０２    マーカー側面
３０３    被着面
３０４    担体（第２の担体）
３０５    マーカー付き担体
３０６    被測定物（移動物）
４０１    レーザー光源
４０２    レーザー照射領域
４０３    測定領域
４０４    トレーサ粒子
４０５    固定台
４０６    高速度カメラ
４０７    同期装置
４０８    パソコン
４０９    時刻ｔ１のトレーサ粒子撮影画像
４１０    時刻ｔ２のトレーサ粒子撮影画像
４１１    時刻Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）間のトレーサ粒子の移動量
５０１    マーカー担体
５０２    被測定物
５０３    マーカー担体装着後被測定物
５０４    アクリル板
５０５    加速度調節装置
５０６    被測定物固定部
５０７    被測定物落下位置
５０８    ハロゲンランプ（光源）
５０９    ハロゲンランプ（光源）
５１０    固定台
５１１    高速度カメラ
５１２    同期装置
５１３    パソコン
【図１】
2005265436.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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